“四表合一”集抄系统建设综述

刘浩，赵伟，黄松岭

(清华大学 电机工程与应用电子技术系， 北京 100084)

0 引 言

为推进能源互联网和智慧城市建设，构建资源节约、共享型社会，实现对各种资源的更合理配置和高效利用，国家电网公司提出了集约共建电、水、气、热一体化集抄系统的设想。长期以来，国内的电、水、气、热由不同供应公司分管，各自运营，自成体系，各供应公司分别、独立建设集抄系统，整体看，显然存在软硬件功能重复和资源浪费等现象。为此， 2015年国家发改委、国家能源局就联合下发了《关于促进智能电网发展的指导意见》，明确提出“支持电、水、气、热等生活需量的集采集抄，鼓励能源与信息基础设施共享服务”[1]。随后，国家电网公司很快启动了“四表合一”试点建设，探索将电能量、水、燃气和热量(简称电、水、气、热)4种计量表计的数据信息，由稍加改造的用电信息采集系统统一采集到集抄系统主站。“四表合一”式电、水、气、热计量数据信息集抄系统的建设，将明显减少电、水、气、热等生活需量计量数据信息集抄系统的重复建设，为用户带来更加便捷的互动服务，提升各供应公司的运维管理水平，同时也为政府制定相关政策提供数据支撑[2]。

从电、水、气、热4种生活需量集采集抄构想的提出，到“四表合一”政策的出台，再到“四表合一”的试点建设，一直都是供电公司在牵头实施，其主要原因是，在远程集抄领域，供电公司已有多年的建设运营基础，早已实现用电信息采集系统的用户全覆盖，且采集标准统一、计量及监测功能丰富。供电公司建成的用电信息采集系统，可远程自动采集、分析和处理各类用户的用电量、异常、电能质量等数据信息，而且采集系统稳定，数据传输通道多样，并具有良好的可扩展性[3]。而截至目前，水、气、热供应公司采用传感器、计算机、数字通信等技术进行计量和数据信息采集的占比还不高，不少地区还未实现远程自动抄表，且在部分地区仍停留在使用传统机械式指针表计、采取人工抄表的阶段，不仅制约着供应公司运营管理效率的提升，还会给用户带来诸多不便。在现代化建设步伐较快的大中城市和发达地区，水、气、热供应公司彼此独立地建设计量和采集系统时，由于都是要完成从非电量到电学量的转换，且随后为实现数字化、采集、数据信息集中以及传输等所利用的，都是供电公司实现用电量数据信息的数字化、采集、集中以及传输相同的方法和技术实现手段。因此，若能够由供电公司牵头实现“四表合一”，则会大大减少“四表合一”推进过程中的技术困难。

然而，自“四表合一”政策出台到现在已过去快5年了，在全国范围内，真正做成“四表合一”的供电公司仍屈指可数。从技术实现角度看，实现“四表合一”已基本没有制约，但在管理层面，却遇到了诸多障碍，其中，不乏水、气、热供应公司对依托供电公司牵头实现“四表合一”战略的质疑，对自身计量表计数据信息私密性能否得到保护的担忧，以及对参与“四表合一”可能带来自身管理权益丧失，进而造成相应经济利益损失的顾虑等，这些原因导致水、气、热供应公司对“四表合一”建设的参与主动性不高，工作协调困难。目前，“四表合一”建设在大部分地区还处于试点阶段，仅在少部分地区取得了阶段性成功，还远未大规模推广应用。

1 电、水、气、热集约共建集抄系统的可行性

从表1可以看出，电、水、气、热供应公司的集抄系统具有很多共同特点，具体地，4种集抄系统都包括集抄主站、数据集抄设备和采集终端3个功能单元，都可以实现对用户生活需量耗用数据信息的采集、抄读、传输和储存[4-7]；而且十分明显，4种集抄系统中3个功能单元之间的数据传输方式具有很大的相似性，其中，数据集抄设备上行通信普遍采用无线公网，而下行通信则采用RS-485或M-BUS等方式，这就为电、水、气、热供应公司的集抄系统共用一个数据集抄设备，进而构建一种适用于多种计量表计数据集抄的系统提供了可行性[8]。

表1 电、水、气、热集抄系统比较

同时，水、气、热供应公司采集和抄读用户生活需量耗用数据信息的流程，大都是通过采集终端的传感器或流量计，将非电的耗用量先转换成计量用的电脉冲、电位信号或模拟电信号，并再转换成数字化的电信号， 之后，经集抄系统的数据集抄设备统一抄读后，再利用表1中所述的通信渠道发送给集抄主站，然后，集抄主站再将收到的数字化电信号反算成水、气、热的耗用量[9]。相比之下，供电公司集采集抄系统的数据信息传输，全都以电信号为载体，并且在电信号传输方面拥有更成熟的技术手段。

因此，无论是远程集抄的经验还是技术，供电公司牵头实现“四表合一”都具有天然优势。具体地，“四表合一”建设，可依托供电公司已建成的用电信息采集系统，通过升级集中器和无线通信模块、增加通信接口转换器、统一通信协议等技术手段[10-11]，将水、气、热供应公司的计量表计都接入到供电公司的用电信息采集系统，进而实现对4种生活需量表计数据信息的统一抄读。如若电、水、气、热供应公司的计量表计按“四表合一”原则联合起来，共建4种生活需量整合在一起的计量数据信息采集系统，无疑可避免电、水、气、热供应公司彼此独立建设计量数据信息采集系统而带来的数据信息采集和传输设备的资源浪费，进而节省大量设备投资和运维成本。

2 “四表合一”发展现状

2. 1 阻碍“四表合一”建设实施的主要因素

截止目前，国内已有多个省市和地区的供电公司对“四表合一”建设进行了探索和尝试[12-16]；而在国外，关于“四表合一”的建设，未见有实质性的研究和进展。在国内“四表合一”建设过程中，实现的技术手段与文献[10-11]中的方法基本一致。但同时，会涉及到不同生活需量表计数据信息的私密性、运维工作如何协调，以及服务管理收益分配等问题，而正是这些问题，阻碍了“四表合一”的推进。文献[12-13]介绍了青海和舟山供电公司的“四表合一”试点建设工作，具体地，采集过程中，会将电、水、气、热四种计量表计的数据信息都上传给供电公司的集抄系统主站，而水、气、热供应公司为获取计量数据，需要通过供电公司的集抄系统主站，或直接由供电公司为其推送，而这就可能使水、气、热供应公司对自己计量表计数据信息的私密性产生担忧。针对后期运维工作，文献[14]指出，在“四表合一”式电、水、气、热等生活需量计量数据信息集抄管理系统建成后，运维工作要由电、水、气、热供应公司协同配合来开展，如此，必然会涉及对不同类型表计的运营维护，这无疑对运维人员的技术要求很高。因此，这种运维工作协调方式，很可能会使整个运维工作的协调和技术工作量变大，运维成本反而增高。同时，文献[15]反映出，烟台供电公司牵头，联合水、气、热供应公司共同成立了采集运维小组，各供应公司通过联合小组，可实现对“四表合一”集抄设备的共同管理，使协调难度降低，但同时也会额外增加各供应公司的人力和物力投入。对服务管理收益分配问题，文献[15]提出了“先无偿服务，后有偿服务”的实施原则，即，供电公司前期可为水、气、热供应公司提供无偿服务，以调动各方参与“四表合一”建设的积极性，后期，随着合作关系的建立，供电公司会执行有偿服务，并且通过协商，与水、气、热供应公司共同探讨合作运营新模式。山西沂州供电公司提出了服务费收取的具体标准[16]，即在完成“四表合一”改造后，每个月向水、气、热(仅在供暖季相应月份)供应公司提供远程抄表数据，并按照表计1元/户/月的标准收取水、气、热供应公司的服务费。烟台和沂州的“四表合一”建设均处在试点阶段，小规模实施时，供电公司收取服务费并不会触及到水、气、热供应公司的根本利益，但如果大规模推广，就需要对服务管理收益分配问题做谨慎考虑。

2.2 “四表合一” 的成功案例

从根本上来说，推进“四表合一”建设的难点，就在于各种生活需量供应公司之间责权利的协调。电、水、气、热这四种生活需量被人为地划定为由不同供应公司监管，结果，各供应公司的经营理念、技术水平和利益诉求各有不同，如果直接将供电公司执行的行业标准上升为国家层面的“四表”标准，水、气、热供应公司通常难以接受。而“四表合一”建设如果由当地政府部门主导、统筹并协调，调动各不同供应公司的参与积极性，并因地制宜制定“四表合一”建设标准，则“四表合一”的推进会较为顺畅。在全国范围内，以地方政府为主导，进而实现“四表合一”，做的比较成功的，是江西鹰潭供电公司[17]和山东济宁供电公司[18]，这两个地区“四表合一”覆盖的用户都已超过10万户，并且江西鹰潭供电公司牵头建设的“四表合一”集抄系统在2017年底就通过了国家电网公司的正式验收；山东济宁供电公司牵头建设的“四表合一”集抄系统也率先进入了商业化运营。其中，鹰潭供电公司秉持“政府主导推进、电网主动作为、多方友好协作、高位推动共建”的思路，得到了鹰潭市政府的大力支持。鹰潭市为此专门成立了由市委常委和多个部门领导为成员的项目建设领导小组，负责协调解决“四表合一”建设过程中遇到的各种问题。目前，鹰潭供电公司在已建成的用电信息采集系统基础上，通过对其进行适当的技术改造，已实现了对电、水、气、热四种生活需量表计数据信息的远程自动化采集、用户档案管理、联合抄表、清分结算等多种功能，并为水、气、热供应公司提供有偿的代抄代维护、代催代缴等服务；而且从各供应公司抽调技术人员，成立了“四表合一”集抄系统联合运维管控组，统一协调解决后期的运维问题[19]。鹰潭供电公司“四表合一”集抄系统的建成，不仅可以帮助水、气、热供应公司实现对用户生活需量耗用数据信息的智能化采集和监测，还可为供电公司拓展新的业务，增加供电公司的服务管理收益，而且最为重要的是，用户可通过手机APP，一次性就缴清耗用电、水、气、热四种生活需量的费用，实现了一站式缴费，即给广大用户带去了实实在在的便利。

而山东济宁供电公司“四表合一”集抄系统的成功建设，则是基于前期济宁市推广一卡通业务，该市电、水、气、热供应公司之间已有合作经历，故在推进“四表合一”建设过程中障碍较小，协调配合进展顺利。同时，济宁市政府的大力支持，也为“四表合一”建设推进提供了可靠保障。建设初期，部分供应公司参与积极性不高，对自身利益有很大担忧。针对于此，济宁供电公司积极争取政府部门的政策支持，与政府沟通汇报，从多个方面论证“四表合一”集抄系统建设对各方的益处，最终，得到了济宁市政府的全方位支持，并成立了由市经信委主任为组长的领导小组，有序推进该市“四表合一”集抄系统建设。2016年，济宁供电公司收到了济宁中山公共水务有限公司支付的首笔代收抄表手续费15万元，在全国率先实现了“四表合一”的商业化运营，并且很快与水务公司签订了代抄代收正式合作协议，明确了12元/户/年的代抄费和0.3元/笔的代收费用，成为供电行业内第一家收取代抄和代收费用的供电公司。济宁供电公司牵头建成的“四表合一”集抄系统，不仅使水、气、热供应公司提高了抄表效率、减少了运维人力成本，也为供电公司带来了收益，真正实现了双赢。

3 智慧能源网关

基于各省市和地区供电公司对“四表合一”集抄系统建设的探索和遇到的各类问题，深圳供电公司提出了一种智慧能源网关的概念。按照他们的设计，智慧能源网关可为多种生活需量数据信息的集抄免费提供集抄设备和通信传输通道，即通过为该网关所管辖范围内的用户配置多客户端的接入端口，并允许水、气、热供应公司分别给该网关授权IP地址，进而能将水、气、热供应公司管辖的计量表计也都集中搭载在该网关上，各供应公司利用自己的网络化网关管理系统，可直接获取自己公司计量表计的数据信息，而绝不受该智慧能源网关管控。如此，不仅可确保电、水、气、热耗用量数据信息的实时采集，还能够保证各供应公司专属数据信息的安全以及推广应用的经济性。此智慧能源网关的研发成功，完全规避了之前“四表合一”集抄系统建设中遇到的多方面问题和障碍，水、气、热供应公司各自管辖的计量表计，只是搭载集中在该智慧能源网关上，但其计量表计的数据信息，并不会上传到供电公司的集抄系统主站，而是直接在水、气、热供应公司自己的操控下，发回各自的计算机管理系统去，即对各自计量表计数据信息的分析、处理和管理，都仅限于原供应公司。如此，供电公司搭建智慧能源网关这个“桥梁”，不仅可为水、气、热供应公司收集、传输耗能量数据信息，帮助这些供应公司快速实现生活需量耗用数据信息采集、管理的智能化、数字化和网络化，而且解决了水、气、热供应公司借助供电公司集抄系统访问自己行业专属计量表计数据信息私密性的担忧。

同时，对智慧能源网关的维护，仍由供电公司完成，水、气、热供应公司无需直接参与，只需按其以前的运维路线，对本公司的计量表计及相关设备进行例行维护，如此，就很大程度上解决了集抄系统建设完成后，各供应公司之间运维协调困难的问题，进而为水、气、热供应公司节省了计量表计数据信息抄读及运维方面的人力和财力。至于服务管理收益分配问题，对智慧能源网关的利用，供电公司确定不会收取水、气、热供应公司任何费用，即供电公司仅充当公益者身份，无偿为水、气、热供应公司运维管理水平的不断提升铺路架桥。从实现“四表合一”的角度讲，智慧能源网关的研发和实际投入使用，可明显降低电、水、气、热这4种生活需量耗用数据信息的管理成本，避免供电公司管理部门与水、气、热供应公司管理部门之间的矛盾，并且还不用劳烦政府部门出面，就能使“四表合一”在管理层面的实现成为可能。

4 结束语

针对目前国内“四表合一”的推进现状，通过对比各省市和地区的建设情况，从不同生活需量表计数据信息的私密性、运维工作如何协调，以及服务管理收益分配等方面进行了分析。可以看出，传统的“四表合一”推进方法，难以同时满足各方需求，使“四表合一”的建设和实施面临种种阻碍。但如果有当地政府部门的大力支持和主导，在电、水、气、热供应公司之间进行协调，可有效促进“四表合一”建设过程中各种问题的解决，使“四表合一”得以建成落地。同时，还介绍了深圳供电公司研发出的一款智慧能源网关，通过采用允许多客户端接入的技术实现方式，从根本上规避了以往“四表合一”推进过程中遇到的多方面难题和阻碍，给推进“四表合一”建设及其落地应用带来了新的思路。

在未来的“四表合一”建设中，供电公司要继续发挥引领带头作用，结合当地实际，与当地政府部门联合，因地制宜制定政策，以提高水、气、热供应公司参与的主动性和积极性；并可参考深圳供电公司提出的解决思路，研发构建“智能融合终端”，打造全新的突破传统分行业各自实施生活需量耗用数据信息采集的管理模式，大力推进联合协同共管体制机制的建立，这对整合各行业的集抄系统硬件资源、提升相关企业效益和运维管理水平等均具有重大的现实意义。

随着人们生活水平的日益提高，除电、水、气、热等最基本的生活需量外，还会有更多种生活需量接入到千家万户，例如热水、有线电视、网络光纤，等等。针对于此，不难对智慧能源网关的更广泛应用做出展望，将更多种生活需量耗用数据信息的集中抄读也纳入到智慧能源网关的功能中来，数字化、智能化地统一管控各种生活需量的清洁高效利用，无疑将成为今后的发展方向。通过采用这样的服务管理理念以及相应的技术手段，不仅可以节省公共服务资源，而且还能更好地服务于民众生活。